无机材料热工设备（陈国平）

无机材料热工设备是无机材料(玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等) 生产的关键设备。近年来,随着科学技术的不断发展,无机材料热工设备,尤其是玻璃窑炉和陶瓷窑炉发生了较大变化,结构更为合理,控制自动化程度越来越高,也越来越节能环保,为使技术进展和实际应用的*内容反映在书中,我们编写了本书。

《无机材料热工设备》讲述了无机非金属材料(玻璃材料、陶瓷材料和其他无机材料等)领域内热工设备的结构、原理、设计计算和操作等方面的基础知识,重点放在目前应用广泛、新型高效、有发展前途的无机非金属材料热工设备与技术。在玻璃材料工业热工设备中,主要介绍了玻璃工业窑炉概述、浮法玻璃熔窑、全氧燃烧玻璃熔窑、马蹄焰池窑和电熔窑;在陶瓷材料工业热工设备中,主要介绍了陶瓷工业窑炉概述、隧道窑和辊道窑;在其他无机材料热工设备中,主要介绍了间歇窑和电热窑炉、回转窑以及窑炉的热工控制。书中对无机材料生产常用热工设备结构尺寸的取值范围及其依据做了*的阐述,尤其是目前推广较快的全氧燃烧玻璃熔窑技术、计算机ANSYS应用、节能减排技术、新型纤维毡窑体、新型特种陶瓷烧结技术等新内容。

为使读者有直观性的认识,书中配有大量的现场实际照片,帮助读者理解学习。为了扩展读者的视野和知识面,本书还附赠有数字化内容,包括教学PPT、玻璃窑炉设计图纸、工厂现场视频照片、ANSYS窑炉应用案例等极具参考价值的内容。

参加本书编写的有陕西科技大学陈国平(第1、2、4、5章)、白建光(第6、7、8章),西安超码科技有限责任公司代丽娜(第9、10、11章),秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司赵恩录(第3章)。全书由陈国平统稿。

中国中轻国际工程有限公司张占彪高工和西安超码科技有限责任公司总经理程皓为本书提供了*的设计参考资料,在此表示感谢。

由于本书是对传统教材体系的一种改革、探索和创新,加之编者水平所限,书中可能存在不妥之处,敬请专家和读者批评指正。

编者

2020年4月

《无机材料热工设备》讲述了无机非金属材料(玻璃材料、陶瓷材料和其他无机材料)领域内热工设备的结构、原理、设计计算和操作等方面的基础知识,重点放在目前应用广泛、新型高效、有发展前途的无机非金属材料热工设备与技术。在玻璃材料工业热工设备中,主要介绍了玻璃工业窑炉概述、浮法玻璃熔窑、全氧燃烧玻璃熔窑、马蹄焰池窑和电熔窑;在陶瓷材料工业热工设备中,主要介绍了陶瓷工业窑炉概述、隧道窑和辊道窑;在其他无机材料热工设备中,主要介绍了间歇窑和电热窑炉、回转窑以及窑炉热工控制。书中对无机材料生产常用热工设备结构尺寸的取值范围及其依据做了*的阐述,尤其是目前推广较快的全氧燃烧玻璃熔窑技术、计算机ANSYS应用、节能减排技术、新型纤维毡窑体、新型特种陶瓷烧结技术等新内容。

《无机材料热工设备》配有大量极具参考价值的实际现场照片和数字化内容,包括教学PPT、玻璃窑炉设计图纸、工厂现场视频照片、ANSYS窑炉应用实例等,供读者参考。

《无机材料热工设备》内容丰富,文字简练,技术信息量大,实用性强,不仅可作为无机材料专业本科和高职高专的教材使用,也可供无机材料领域的生产技术人员和操作人员参考。

第1篇 玻璃材料热工设备

第1 章　玻璃工业窑炉概述　/ 2

　1.1　玻璃的熔制过程 2

　1.2　玻璃熔窑的分类 3

　1.3　池窑的结构与特点 6

　　1.3.1　熔制部分 7

　　1.3.2　热源供给部分 15

　　1.3.3　余热回收部分 17

　　1.3.4　排烟供气部分 18

　　1.3.5　池窑的特点 20

　1.4　工作原理与作业制度 23

　　1.4.1　工作原理 23

　　1.4.2　作业制度 31

　习题 40

第2 章　浮法玻璃熔窑　/ 42

　2.1　浮法玻璃熔窑的结构 43

　　2.1.1　投料池 43

　　2.1.2　熔化部 44

　　2.1.3　卡脖、冷却部 49

　　2.1.4　小炉、蓄热室 51

　　2.1.5　烟道 55

　　2.1.6　浮法玻璃熔窑设计方案 57

　2.2　浮法玻璃熔窑的生产操作 59

　2.3　浮法玻璃熔窑的烟气处理 60

　　2.3.1　玻璃熔窑烟气特性 60

　　2.3.2　玻璃熔窑烟气处理技术 60

　　2.3.3　玻璃熔窑烟气排放处理技术路线及应用 61

　习题 62

第3 章　全氧燃烧玻璃熔窑　/ 63

　3.1　全氧窑结构 63

　　3.1.1　熔化池 63

　　3.1.2　火焰空间 65

　　3.1.3　全氧窑热工分析 69

　3.2　氧枪及氧气供给系统 73

　　3.2.1　氧枪的作用与类型 73

　　3.2.2　氧气供给系统 75

　3.3　全氧窑的生产操作 80

　　3.3.1　熔制制度 80

　　3.3.2　原料的氧化还原控制 82

　　3.3.3　热工控制系统 83

　　3.3.4　氧气使用安全规定 84

　　3.3.5　纯氧喷枪的安装点火 85

　3.4　全氧窑的数值模拟研究 86

　　3.4.1　数值模拟的概念与步骤 86

　　3.4.2　ANSYS FLUENT 数值模拟的应用 87

　习题 91

第4 章　马蹄焰池窑　/ 93

　4.1　马蹄焰池窑的结构 94

　　4.1.1　窑池尺寸 94

　　4.1.2　窑池结构形式 97

　　4.1.3　火焰空间 100

　　4.1.4　冷却部 101

　　4.1.5　小炉 103

　　4.1.6　余热回收部分 110

　　4.1.7　能耗计算及热分析 114

　　4.1.8　马蹄焰池窑设计实例 117

　4.2　马蹄焰池窑的生产操作 121

　　4.2.1　烤窑 121

　　4.2.2　加料、放料与泄料 124

　　4.2.3　换料 125

　4.3　马蹄焰池窑的砌筑、冷修及热风烤窑 126

　　4.3.1　砌筑 126

　　4.3.2　冷修 129

　　4.3.3　热风烤窑 129

　习题 132

第5 章　电熔窑　/ 134

　5.1　电熔窑的类型与结构 134

　　5.1.1　电熔窑的类型 134

　　5.1.2　窑炉形状与结构 137

　5.2　电熔窑的生产操作 137

　5.3　电极及供电 141

　　5.3.1　电极 141

　　5.3.2　电源供电和电极连接 147

　　5.3.3　供电装置 150

　习题 154

第2篇 陶瓷材料热工设备

第6 章　陶瓷工业窑炉概述　/ 156

　6.1　陶瓷工业窑炉历史与现状 156

　　6.1.1　陶瓷窑炉历史 156

　　6.1.2　陶瓷工业窑炉现状与发展 159

　6.2　现代陶瓷窑炉分类与作业制度 160

　习题 161

第7 章　隧道窑　/ 162

　7.1　隧道窑结构 162

　　7.1.1　窑体结构 162

　　7.1.2　燃烧设备 167

　　7.1.3　排烟系统 169

　　7.1.4　气幕装置 171

　　7.1.5　冷却系统 174

　　7.1.6　钢架结构和窑炉基础 175

　7.2　隧道窑烧成制度 175

　　7.2.1　气体流动 175

　　7.2.2　燃料燃烧和传热 178

　7.3　隧道窑烘烤、故障处理和检修维护 179

　　7.3.1　隧道窑烘烤 179

　　7.3.2　隧道窑故障及处理 179

　　7.3.3　隧道窑检修与维护 180

　7.4　隧道窑设计与计算 181

　　7.4.1　原始资料收集 181

　　7.4.2　窑体尺寸计算和工作系统确定 181

　　7.4.3　燃烧设备计算与设计 183

　　7.4.4　热平衡计算 184

　习题 187

第8 章　辊道窑　/ 188

　8.1　辊道窑的分类与特点 188

　8.2　窑体结构 189

　　8.2.1　窑墙 190

　　8.2.2　吊顶结构 191

　　8.2.3　辊道窑运载装置 193

　　8.2.4　燃烧系统 198

　　8.2.5　排烟系统和其他通风结构 202

　　8.2.6　冷却系统 204

　　8.2.7　辊道窑风机选型 206

　8.3　辊道窑烘烤 207

　8.4　辊道窑设计与计算实例 208

　　8.4.1　原始资料收集 208

　　8.4.2　窑型选择与窑体主要尺寸计算 209

　　8.4.3　工作系统 210

　　8.4.4　窑体材料 212

　　8.4.5　燃料燃烧计算 214

　　8.4.6　热平衡计算 215

　　8.4.7　管道计算、阻力计算和风机选型 219

　习题 223

第3篇 其他无机材料热工设备

第9 章　间歇窑和电热窑炉　/ 226

　9.1　间歇窑 226

　　9.1.1　倒焰窑 226

　　9.1.2　梭式窑 227

　9.2　电阻炉 229

　　9.2.1　镍铬合金电阻炉和铁铬铝合金电阻炉 229

　　9.2.2　硅碳棒电阻炉 230

　　9.2.3　硅钼棒电阻炉 231

　　9.2.4　电阻炉对所用电热元件的要求 233

　9.3　其他电热窑炉 233

　　9.3.1　电磁感应炉 233

　　9.3.2　等离子体炉 234

　　9.3.3　自蔓延高温烧结设备 235

　　9.3.4　微波烧结炉 235

　　9.3.5　等离子体活化烧结炉 236

　　9.3.6　激光烧结炉 236

　　9.3.7　闪烧和冷烧结设备 237

　　9.3.8　振荡压力烧结设备 238

　习题 238

第10 章　回转窑　/ 240

　10.1　回转窑结构 240

　　10.1.1　窑筒体和支撑装置 240

　　10.1.2　传动系统和密封装置 241

　10.2　回转窑工作原理 242

　　10.2.1　物料运行 242

　　10.2.2　气体流动、燃料燃烧和传热 243

　习题 246

第11 章　窑炉热工控制　/ 247

　11.1　温度控制 248

　　11.1.1　玻璃工业窑炉温度控制 248

　　11.1.2　陶瓷工业窑炉温度控制 251

　11.2　压力控制 254

　　11.2.1　玻璃工业窑炉压力控制 254

　　11.2.2　陶瓷工业窑炉压力控制 256

　11.3　气氛控制 258

　　11.3.1　玻璃工业窑炉气氛控制 258

　　11.3.2　陶瓷工业窑炉气氛控制 259

　11.4　玻璃工业窑炉液面控制 259

　　11.4.1　液面测量 259

　　11.4.2　液面控制 260

　习题 261

参考文献　/ 262